淺談卷煙廠冷水系統(tǒng) 高水溫大溫差表冷器運(yùn)行性能分析

黃斌，張嘯，舒欣，王虎

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司杭州卷煙廠，浙江 杭州 310024）

目前，卷煙廠的空調(diào)機(jī)組一般情況下設(shè)計(jì)方案是基于7℃/12℃冷凍供回水工況進(jìn)行表冷器選型。冷水系統(tǒng)供水溫度也是設(shè)定在7℃。但是在空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過程中，由于受氣象條件等因素變化的影響，在全年運(yùn)行過程中，空調(diào)的逐時(shí)負(fù)荷小于設(shè)計(jì)負(fù)荷。因此，可以根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的全年變化情況，在部分負(fù)荷時(shí)段調(diào)整冷水系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，如適當(dāng)提高制冷機(jī)的冷水供水溫度，從而降低制冷機(jī)組的運(yùn)行能耗；適當(dāng)提高冷水系統(tǒng)的供回水溫差，從而節(jié)省冷水系統(tǒng)的輸送能耗。

為了適應(yīng)于以上的節(jié)能運(yùn)行方式，必須對(duì)空調(diào)機(jī)組的表冷器進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化改造，使得表冷器選型與之相匹配。

本文對(duì)不同條件參數(shù)下的表冷器運(yùn)行性能進(jìn)行分析，為實(shí)現(xiàn)冷水系統(tǒng)高水溫、大溫差運(yùn)行尋求更好的參數(shù)依據(jù)。

1 卷煙廠中央空調(diào)系統(tǒng)形式

中央空調(diào)系統(tǒng)由冷熱源系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，制冷系統(tǒng)為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供所需冷量，用以抵消室內(nèi)環(huán)境的冷負(fù)荷；制熱系統(tǒng)為空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供用以抵消室內(nèi)環(huán)境熱負(fù)荷的熱量。制冷系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)至關(guān)重要的部分，其采用種類、運(yùn)行方式、結(jié)構(gòu)形式直接影響了中央空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性、高效性、合理性?？諝庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)空氣溫濕度處理的方式對(duì)于整個(gè)中央空調(diào)空調(diào)系統(tǒng)高效洗、節(jié)能型具有很重要的影響。

一般卷煙廠空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)由空調(diào)機(jī)柜、過濾器、表冷器、加熱器、加濕器、送回風(fēng)電機(jī)風(fēng)機(jī)及管道閥門控制系統(tǒng)組成。它是通過各種空氣處理功能段組合而成的一種對(duì)環(huán)境溫濕度精度控制的空氣處理設(shè)備，如圖所示。

圖1 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

本文針對(duì)以上空調(diào)機(jī)組內(nèi)表冷器的運(yùn)行性能進(jìn)行分析，由于現(xiàn)有的空調(diào)機(jī)機(jī)組尺寸已經(jīng)決定了表冷器的管路行程、翅片結(jié)構(gòu)、迎風(fēng)面積等結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，所以本文只針對(duì)表冷器的翅片材質(zhì)和排數(shù)來研究分析，忽略風(fēng)阻的影響。選取2臺(tái)額定送風(fēng)量12萬(wàn)m3/h配置結(jié)構(gòu)相同的空調(diào)機(jī)組，一臺(tái)表冷器采用4排鋁箔材質(zhì)，另一臺(tái)表冷器采用8排全銅材質(zhì)進(jìn)行性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)。

2 表冷器性能測(cè)定原理

依據(jù)國(guó)標(biāo)GBT 7725-2004，空氣焓值法：一種測(cè)定空調(diào)器制冷、制熱能力的試驗(yàn)方法，它對(duì)空調(diào)器的送風(fēng)參數(shù)、回風(fēng)參數(shù)以及循環(huán)風(fēng)量進(jìn)行測(cè)量，用測(cè)出的風(fēng)量與送風(fēng)、回風(fēng)燴差的乘積確定空調(diào)器的能力。

（1）通過卷尺測(cè)得空調(diào)表冷器的寬L（m）、高H（m），那么表冷器迎風(fēng)面積為:

（2）通過風(fēng)速儀測(cè)得空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)表冷器風(fēng)速v（m/s），并取標(biāo)況下空氣密度ρ=1.195kg/m3，那么空調(diào)送風(fēng)質(zhì)量M（kg/s）為:

（3）通過溫濕度在線傳感器測(cè)量經(jīng)過表冷器前的空氣干球溫度t1（℃）、相對(duì)濕度φ1，經(jīng)過表冷器后的空氣干球溫度t2（℃）、相對(duì)濕度φ2，并利用濕空氣焓濕圖查詢軟件計(jì)算出表冷器前空氣焓i1（KJ/kg）、含濕量d1（g/kg）、表冷器后空氣焓i2（KJ/kg）、含濕量d2（g/kg）。那么表冷器制冷量Q（KW）和除濕量Δd（KJ/kg）分別為：

3 測(cè)定過程及結(jié)果分析

3.1 冷水系統(tǒng)高水溫下表冷器運(yùn)行工況分析

兩臺(tái)空調(diào)分別設(shè)定：表冷器冷水電動(dòng)閥開度100%；蒸汽加熱電動(dòng)閥開度0%；蒸汽加濕電動(dòng)閥開度0%；新風(fēng)閥開度0%；排風(fēng)閥開度0%；送、回風(fēng)電機(jī)滿頻運(yùn)行；冷水系統(tǒng)水泵滿頻運(yùn)行。

當(dāng)回風(fēng)溫度24±2℃、濕度55±5%的工況下，逐步設(shè)定制冷機(jī)供水溫度，待空調(diào)系統(tǒng)工況穩(wěn)定后，記錄下冷水系統(tǒng)表冷器供水溫度7℃、8℃、9℃、10℃時(shí)的相關(guān)參數(shù)，并計(jì)算繪制出以下圖表：

圖2 冷水系統(tǒng)水溫實(shí)驗(yàn)

由上圖可知隨著冷水系統(tǒng)水溫的升高，4排鋁箔和8排全銅表冷器的制冷量和除濕量均下降，且相同冷水水溫條件下8排全銅表冷器比4排鋁箔的制冷量和除濕量都要大；8排全銅表冷器在水溫8℃時(shí)制冷量和除濕量達(dá)到最高，當(dāng)水溫達(dá)到10℃時(shí)，8排全銅表冷器的制冷量和除濕量出現(xiàn)較大的降幅。

3.2 冷水系統(tǒng)大溫差下表冷器運(yùn)行工況分析

2臺(tái)空調(diào)分別設(shè)定：表冷器冷水電動(dòng)閥開度100%；蒸汽加熱電動(dòng)閥開度0%；蒸汽加濕電動(dòng)閥開度0%；新風(fēng)閥開度0%；排風(fēng)閥開度0%；送、回風(fēng)電機(jī)滿頻運(yùn)行；冷水系統(tǒng)表冷器供水溫度7℃。

當(dāng)回風(fēng)溫度24±2℃、濕度55±5%的工況下，逐步設(shè)定冷水系統(tǒng)水泵的頻率，待空調(diào)系統(tǒng)工況穩(wěn)定后，記錄下對(duì)應(yīng)的冷水系統(tǒng)供回水溫差4.0℃、4.5℃、5.0℃、5.5℃時(shí)的相關(guān)參數(shù)，并計(jì)算繪制出以下圖表：

圖3 冷水系統(tǒng)溫差實(shí)驗(yàn)

由上圖可以看出冷水溫度7℃時(shí)，隨著冷水系統(tǒng)溫差的增大，4排鋁箔和8排全銅表冷器的制冷量和除濕量均下降，且相同冷水溫差條件下8排全銅表冷器比4排鋁箔的制冷量和除濕量都要大。

4 結(jié)語(yǔ)

采用空氣焓值法，對(duì)卷煙廠工藝空調(diào)冷水系統(tǒng)高水溫大溫差條件下不同材質(zhì)的表冷器的運(yùn)行性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，得到如下結(jié)論：

（1）在冷水系統(tǒng)相同的供水溫度條件下，8排全銅表冷器比4排鋁箔的制冷能力和除濕能力都要強(qiáng)；隨著冷水系統(tǒng)供水溫度從7℃提高到10℃時(shí)，兩種表冷器的制冷能力和除濕能力均下降，水溫在8℃時(shí)，8排全銅表冷器的制冷能力和除濕能力最強(qiáng)。

（2）冷水出水溫度的確定必須合適。一方面冷水溫度必須足夠低，以保證車間溫濕度要求；另一方面，冷水出水溫度又必須足夠高，使制冷機(jī)組的能耗降到最低。冷水系統(tǒng)高水溫造成換熱能力下降，因此要選取更大面積、換熱效率更高的材質(zhì)的表冷器來彌補(bǔ)。

（3）在冷水系統(tǒng)相同的供回水溫差條件下，8排全銅表冷器比4排鋁箔的制冷能力和除濕能力都要強(qiáng)；隨著冷水系統(tǒng)供回水溫差從4℃提高到5.5℃時(shí)，2種表冷器的制冷能力和除濕能力均下降。

（4）冷水系統(tǒng)溫差的確定也必須合適，一方面冷水溫差應(yīng)適當(dāng)減小，以保證車間溫濕度要求；另一方面，冷水溫差又可以適當(dāng)增大，使冷水系統(tǒng)水泵的能耗降到最低。冷水系統(tǒng)大溫差造成水流量減小，也會(huì)造成換熱能力下降，因此要選取更大面積、換熱效率更高的材質(zhì)的表冷器來彌補(bǔ)。